Der Stickstoffkreislauf unseres Planeten

Die Aufnahme von Stickstoff als Nahrung

Der grösste Stickstoffspeicher auf der Erde ist die Atmosphäre, die zu 78% aus molekularem Stickstoff (N₂) besteht. Dieser ist sehr reaktionsträge und kann von Organismen nicht direkt als Nährstoff verwendet werden. Sogenannte Knöllchenbakterien, die in Symbiose mit Pflanzen leben, sowie andere spezielle Mikroorganismen im Boden oder im Wasser können aber N₂ in den Nährstoff Ammonium (NH₄⁺) umwandeln. Dies nennt man Stickstofffixierung. Auch Blitze können mit ihrer grossen Energie N₂ in der Atmosphäre umwandeln: Dabei entstehen Stickoxide (zusammengefasst als NO_x), die dann mit dem Regen in den Boden eingetragen werden.

Ammonium ist ein anorganischer Stoff, er enthält keinen Kohlenstoff. Er wird aber von Pflanzen (zum Teil mithilfe von Pilzen) oder von Mikroorganismen aufgenommen und in organische Verbindungen umgewandelt. Stickstoff wird vor allem in Proteine, die DNA oder bestimmte Fette eingebaut. Innerhalb der Nahrungskette gelangt der Stickstoff von einem Lebewesen zum anderen, zum Beispiel von der Pflanze zu Insekten, Vögeln und Säugetieren. Tiere bauen mithilfe ihres Verdauungssystems organische Bestandteile in ihren Körper ein.

Die Umwandlung von Stickstoff zur Energiegewinnung

Stickstoff dient nicht nur als Baustoff, sondern einigen Lebewesen auch als Energiequelle: Totes organisches Material wird von sogenannten Destruenten zersetzt, zu denen viele Arten von Bakterien und Pilzen gehören. Sie wandeln den organischen Stickstoff unter Energiegewinn in anorganisches Ammonium um, das als Nährstoff wieder in die Umwelt gelangt.

Auch Ammonium oder Nitrat wird von gewissen Mikroorganismen zum Energiegewinn verwendet. Durch den Prozess der Nitrifizierung wird Ammonium mithilfe von Sauerstoff erst in Nitrit (NO₂^-) und dann in Nitrat (NO₃^-) umgewandelt. Unter Sauerstoffabschluss kann Nitrat dann in mehreren Schritten zu N₂ umgesetzt werden, was den Stickstoffkreislauf schliesst.

Speicherung und Transport von Stickstoff

Durch Lebewesen wurde in den letzten Milliarden Jahren viel N₂ in andere Stickstoffformen umgewandelt. Viel Stickstoff ist heute als lebendes oder totes organisches Material oder als anorganischer Nährstoff in Böden oder im Wasser gespeichert. Aber auch globale Transporte spielen eine Rolle. Flüsse transportieren Stickstoff in Form von weggespültem Boden, Pflanzenteilen oder gelösten Stickstoffverbindungen zu Seen oder in die Ozeane. Durch Waldbrände oder Vulkanausbrüche werden Stickoxide in die Luft freigesetzt. Stickstoffhaltige Gesteine an der Erdoberfläche, wie die Sedimentgesteine, setzen bei ihrer Verwitterung Stickstoff frei. Neue Gesteine, die Stickstoff enthalten, entstehen zum Beispiel am Meeresgrund, wo organisches Material absinkt und verfestigt wird.